在非洲的旅程结束后，四位明星回到了纽约，准备继续他们的冒险。然而，这次旅行并不像他们想象中那样顺利。在蒙特卡洛的一家赌场里，由于大家闹出了笑话，引起了动物管理局上尉杜波依斯（弗兰西斯·麦克多蒙德 Frances McDormand 配音）的注意，他被派遣来追捕这些明星。
为了逃避追捕，他们逃进了一个在欧洲巡演的马戏团。在这里，他们延续了《马达加斯加》式的幽默，让整个马戏团都沉浸在欢笑之中。虽然欧洲的旅行并不顺利，他们不断受到杜波依斯上尉的追捕威胁，但他们始终怀揣着回到纽约，回到纽约中央公园的梦想。
在马戏团期间，他们还帮助东北虎维塔利（布莱恩·科兰斯顿 Bryan Cranston 配音）、美洲虎吉亚（杰西卡·查斯坦 Jessica Chastain 配音）以及海狮斯蒂芬诺（马丁·肖特 Martin Short 配音）重拾对马戏表演的信心。他们用自己的智慧和勇气，成功地化解了各种危机，让马戏团度过了一个又一个难关。
